LVS
Digitale toetsen
Professionalisering
Blended learning E-learning trends en ontwikkelingen
Rekenen
Dyscalculie Verbeteren rekenvaardigheid mbo
Taal
Game Interactieve Fictie Vroege ontwikkeling geletterdheid ICT-vroege geletterdheid Verhaalbegrip kleuters met ICT
Leren
Adaptieve software Blended learning Cognitieve balans Onderzoekend leren Kwaliteit leermateriaal Effectiever onderwijs Edutainment Blended learning effect E-portfolio’s Burgerschap games Verbeteren leerprestaties ICT differentiatie Programmeren 2 Programmeren 1 Mythe van leerstijlen
Lezen
Lezen met lees-app Ontluikende geletterdheid ICT oplossing problemen lezen Digitale leeskilometers groep 3
Middelen
Computerapplicaties Digitaal schoolbord ICT-beleidsplan Leren in 2020 - 1 ICT in kindcentra Leren in 2020 - 2 Onderwijs en ICT Werking en beperking
Problemen
Cyberpesten Digitale dementie Digitale media en kinderhersenen Problematisch internetgedrag Kleuters en iPads
ICT
Digitale leermiddelen Digitale geletterdheid vo ICT-innovatie Tablet in het onderwijs Nieuwsgierigheid computergames Integreren in klassenpraktijk Buitenschoolse mediagebruik Jonge kinderen en tabletgebruik Digitale gymles Opleiding ICT beheerder
Verder kijken
ict onderwijs digitale vaardigheden ICT rekenen software internet informatie zoeken kennis learning analytics samenwerkend leren metacognitieve vaardigheden tutor scaffolding multimedia beeld geluid audio multimedia geheugen ict multimedia geheugen ict effectief leren multimedia geheugen ict effectief leren bronnen multimedia geheugen zelfsturing ict opbrengstgericht werken digitaal leerlingvolgsysteem professionalisering ict praktijk serious games beroepsonderwijs synchroon coachen opleiding leraren tekst schrijven outline tool toetsen leerlingvolgsysteem opbrengsten TPACK ICT integratie onderwijs typen schrijven typecursus lezen videovoorbeelden ict effect animatie leerproces instructie video

 

Kunnen rekenen op je brein

  Geplaatst op 1 juni 2015

Linden, M. van der (2015) Kunnen rekenen op je brein.
Geraadpleegd op 23-04-2017,
van http://wij-leren.nl/brein-dyscalculie-hersenen-rekenen.php

Auteur: Marieke van der Linden

Iedereen heeft een aangeboren systeem voor grove schatting van aantallen. Als dit systeem zwak is, levert dat problemen op met rekenen. Hersenscans tonen aan dat het hersendeel dat het schattingsvermogen huisvest, kleiner en minder actief is bij mensen met dyscalculie. Na specifieke training gericht op dit hersendeel neemt de hersenactiviteit na verloop van tijd toe. Elektronische hersenstimulatie in combinatie met training levert nóg betere resultaten op.

We gebruiken dagelijks getallen en aantallen en vaak maken we daarmee ook nog eens (on)bewust berekeningen. Zo weet u:

  • de datum van vandaag;
  • wat een euro waard is;
  • volgt u vanavond een recept om het avondeten klaar te maken.

Rekenen omvat veel vaardigheden, waaronder het vermogen om hoeveelheden om te zetten in symbolen zoals getallen. Maar denk ook aan het werkgeheugen dat nodig is om bepaalde bewerkingen toe te passen, zoals wanneer u een reeks getallen optelt. En u gebruikt uw langetermijngeheugen als u de tafel van drie nodig hebt.

Dit artikel richt zich op de basis van het rekenen, namelijk de representatie van aantallen in ons brein, en probeert inzichtelijk te maken waarom deze basis zo belangrijk is en of er mogelijkheden zijn om deze te versterken.

ANS: aangeboren systeem om aantallen te schatten

We worden allemaal geboren met een Approximate Number System (ANS), een systeem voor grove bepaling van aantallen. Het gaat hierbij echt om een eenvoudig systeem, waar zelfs geen taal aan te pas komt. Niet alleen baby’s, maar ook dieren zoals apen, duiven en zelfs salamanders zijn in staat om aantallen van elkaar te onderscheiden.

Wat moet u zich hierbij voorstellen? Stel, ik heb in een hand vijf blokjes en in mijn andere hand negen blokjes: iedereen kan makkelijk aanwijzen in welke hand ik de meeste blokjes heb.

In experimenten is het ANS op zo’n zelfde manier eenvoudig te testen. Dit wordt meestal gedaan door op een scherm twee vlakken met stippen te laten zien en een proefpersoon te vragen welk vlak de meeste stippen heeft. Hoe groter het verschil in aantal, hoe sneller de proefpersoon beslist.

Er is dus een duidelijk afstandseffect te zien in reactiesnelheid. Het ANSis preciezer naarmate de te vergelijken aantallen kleiner zijn en het verschil tussen de aantallen groter: vier tegenover acht is véél gemakkelijker dan veertig tegenover tweeënveertig. De precisie neemt toe met de leeftijd van de proefpersoon (figuur 1).

Figuur 1: Een voorbeeld van hoe ANS experimenteel getest wordt. De proefpersoon ziet heel kort een vlak met stippen en moet aangeven of hij meer gele of blauwe stippen heeft gezien. Wanneer mensen bezig zijn met dit taakje wordt bij hen de IPS (intra pariëtale sulcus) actief, hier in geel aangegeven op een brein waar we van de zijkant tegenaan kijken.

In de grafiek staat de reactiesnelheid op zulke taakjes afgezet tegen het verschil in grootte tussen de aantallen stippen. Met de leeftijd wordt de reactiesnelheid korter, met name voor kleine verschillen tussen getallen. Ons vermogen om aantallen te schatten wordt dus preciezer tijdens de ontwikkeling van kind naar volwassene. Deze grafiek is gebaseerd op data die verzameld zijn en gerapporteerd door Sekuler & Mierkiewicz (1977)

Het huis van ANS in het brein: IPS

Sinds ruim 100 jaar weten we dat de neurale basis van het ANS te vinden is in de pariëtaal kwab en dan meer specifiek in het horizontale segment van de intra pariëtale sulcus (IPS). Uit hersenonderzoek is bekend dat de IPS bij bijna al het rekenen en verwerken van getallen en hoeveelheden betrokken is (Dehaene et al., 2004).

Als mensen de eerder genoemde ANS-taak in de scanner doen, dan zien we dat daarbij hun IPS actief wordt. Bijzonder is dat de IPS net zoals het ANS een afstandseffect laat zien tussen aantallen of getallen. Er lijkt dus een sterke link tussen het ANS en de IPS.

De IPS ligt trouwens vlakbij het gebied in de hersenen waar ook de vingers gerepresenteerd zijn. Het is dus niet zo toevallig dat we leren tellen op onze vingers of dat het Engelse woord voor ‘vinger’ en ‘getal’ beide digit is.

ANS en IPS in relatie tot rekenproblemen

Sommige mensen hebben een beter ANS, oftewel zijn beter in staat zulk soort taakjes uit te voeren dan andere mensen. Er zijn dus individuele verschillen waar te nemen in hoe precies hetANS werkt. Waar die verschillen vandaan komen, is nog onbekend.

In elk geval blijven die verschillen stabiel tijdens de ontwikkeling tot volwassene, en onderzoek heeft laten zien dat het resultaat van de eerder genoemde ANS-taak dan ook tot op zekere hoogte kan voorspellen hoe kinderen en volwassenen zullen scoren op bepaalde wiskundige taken. Waarschijnlijk werkt hetANS als voorspeller omdat het aan de basis staat van het rekenen (Halberda et al., 2008). Is die basis zwak, dan geeft dit problemen bij elke volgende stap in het rekenen.

Zijn de rekenproblemen ernstig van aard, dan kun je spreken van dyscalculie. Het blijkt dat bij kinderen met dyscalculie hun IPS minder actief is en dat dit gebied ook kleiner is dan bij leeftijdsgenoten met normale rekenvaardigheden (Price et al., 2007). Tevens laat onderzoek zien dat, naast problemen met bijvoorbeeld het uitvoeren van rekenkundige bewerkingen, ook de kern van het rekenen (het ANS) bij dyscalculie al verstoord is. Mensen met dyscalculie hebben een veel minder nauwkeurig ANS.

Oefening baart kunst

Het lijkt er dus op dat simpele taken zoals aantallen vergelijken, fundamenteel zijn voor het leren begrijpen van getallen en daarmee voor het rekenen. Daarom kun je het beste zo vroeg mogelijk beginnen met oefenen. Daarvoor valt te denken aan het gebruik van speelgoed of spelletjes die het ANS stimuleren en de IPS activeren.

Zo zijn er computerspellen te koop die ontworpen zijn om de IPS te activeren. Deze spellen maken gebruik van op hersenwetenschap gebaseerde adaptieve software en passen zich dus aan het niveau van de speller aan. Een voorbeeld is een spel waarbij de speller moet aangeven welk vlak de meeste stippen bevat (vergelijkbaar met de manier waarop het ANS wordt getest).

Naarmate de speler beter wordt, worden de verschillen tussen de aantallen kleiner. Zoals gezegd is bij kinderen het ANS niet zo heel precies en bij kinderen met rekenproblemen is die nauwkeurigheid zelfs nog minder. Met dit spelletje wordt de precisie van het ANS verhoogd. Verschillende studies laten zien dat door training met zulke spelletjes over een langere tijd de rekenvaardigheden van kinderen verbeteren (Park & Brannon, 2013).

Wijzigingen in het brein door rekenspelletjes

Waarom werkt dit type training, wat gebeurt er dan precies in het brein? Onze hersenen blijven ons hele leven plastisch, dat wil zeggen dat ze kunnen veranderen om zich aan te passen aan een nieuwe vaardigheid of situatie (Kolb & Wishaw, 1998). Diverse studies laten zien dat training in een bepaalde vaardigheid veranderingen in het brein teweeg brengt in gebieden die direct betrokken zijn bij die vaardigheid.

Onderzoek heeft laten zien dat wiskundigen een grotere IPShebben en dat dit gebied groter is naarmate zij langer als wiskundige aan het werk zijn (Aydin et al., 2007). Er is dus een relatie tussen ervaring en de grootte van de IPS. Maar hoe zit het nou met training van de basisvaardigheid? Kun je door middel van training van het ANS de IPSactiveren en deze daarmee stimuleren tot betere prestaties? En hoe zorg je er dan voor dat dit effect blijvend is?

In een recente studie werd een computerspel gebaseerd op hersenonderzoek gebruikt om het inschatten van hoeveelheden te verbeteren bij kinderen met dyscalculie (Kuciana et al., 2011). Het spel was speciaal ontwikkeld om de IPS te activeren. De kinderen speelden het spel vijftien minuten per dag, vijf dagen per week, gedurende vijf weken.

Uit hersenscans bleek dat de activiteit van hun IPS vijf weken na de training was toegenomen. Het lijkt er dus op dat door specifieke interventie de onvoldoende breinactiviteit van de IPS na verloop van tijd richting normale niveaus gaat.

Elektronische stimulatie

Het oefenen met een ANS-taak werpt dus zijn vruchten af, maar dit effect kan versterkt worden als de training gecombineerd wordt met elektronische stimulatie van de IPS. Dat blijkt uit een zeer recente studie van Cappelletti en collega’s (2013). De toegepaste stimulatie is een nieuwe pijnloze techniek om hersenen te stimuleren: transcranial Random Noise Stimulation (tRNS). Men vermoedt dat deze manier van stimuleren de plasticiteit van het gestimuleerde gebied tijdelijk vergroot, waardoor het bevattelijker is voor leereffecten.

De training bestond uit vijf dagen achter elkaar het ANS taakje doen, dus aantallen stippen met elkaar vergelijken en bepalen welke de grootste is. De deelnemers waren veertig volwassen proefpersonen die in vier groepen van tien werden verdeeld. De eerste groep kreeg alleen de training, de tweede groep alleen de stimulatie van de IPS.

De derde en vierde groep kregen beide, maar alleen in groep vier werd de IPS gestimuleerd; in groep drie stimuleerde men een motorisch hersengebied dat geen relatie had tot de training. De verbetering van de taak werd niet alleen tijdens de training gemeten, maar ook nog elke twee weken tot zestien weken na de training.

Groep vier liet de beste resultaten zien: de hersenstimulatie versterkte de effecten van de training. Dus de combinatie van hersentraining en -stimulatie van de IPS werkte beter dan het afzonderlijk aanbieden van beide technieken of het combineren van de training met de stimulatie van een hersengebied dat irrelevant is voor de training. Daarbij hield het effect van de training met gerichte stimulatie veel langer aan: deze verbetering werd nog gemeten zestien weken na de training. De resultaten staan weergegeven in figuur 2.

Figuur 2: Aantallen schatten met training en hersenstimulatie. De figuur laat zien dat de combinatie van training en IPS-stimulatie de beste resultaten levert, ook op lange termijn. De waarde op de y-as (Weber-fractie) geeft aan hoe snel en accuraat proefpersonen zijn in het detecteren van verschillen in aantallen: hoe lager het getal, hoe sneller en accurater. De grafiek is gebaseerd op Cappelletti et al., 2013.

Betekenis voor het onderwijs

We weten dus dat het trainen van het ANS de rekenvaardigheden van kinderen verbetert. De vraag is nu of we deze training nog verder kunnen ondersteunen met elektronische stimulatie van het IPS, zoals Cappelletti heeft onderzocht bij volwassenen. Omdat de hersenstimulatietechniek tijdelijk de plasticiteit van de hersenen verhoogt, is onduidelijk of het ook bij kinderen kan worden toegepast. Immers, kinderhersenen zijn volop in ontwikkeling en bevinden zich dus al in een staat van verhoogde plasticiteit.

Onlangs is aangetoond dat bij volwassenen met een vermoedelijk verhoogde plasticiteit in bepaalde hersengebieden zulke stimulatie minder effectief is dan bij volwassen waarbij geen sprake is van verhoogde plasticiteit. Maar wellicht dat kinderen met dyscalculie wel kunnen profiteren van het ophogen van plasticiteit. Het zou zomaar kunnen dat bij hen de IPS juist te weinig plasticiteit laat zien. Om deze vragen te beantwoorden is verder onderzoek nodig.

Het onderzoek van Cappelletti naar tRNS is nog pril, maar stelt u zich eens voor wat een verdere ontwikkeling in het hersenonderzoek naar rekenen in combinatie met – al dan niet simpele – trainingparadigma’s zou kunnen betekenen. Stel dat onderzoekers kunnen aantonen dat kinderen beter gaan rekenen als ze bij het oefenen hersenstimulatie krijgen.

Worden onze (klein)kinderen in de toekomst met een stimulatiehelmpje op naar school gestuurd? Zodat tijdens de lessen die hersengebieden waarvan is vast komen te staan dat ze nog niet volgens plan rijpen, wat extra kunnen worden gestimuleerd? Een spectaculair futuristisch perspectief voor het onderwijs.

Elektronische hersenstimulatie

Bij elektronische hersenstimulatie wordt de neurale activiteit van een deel van de hersenen vergroot door gedurende korte tijd, maximaal twintig minuten, zwakke elektrische stromen van 1 milliAmpère op de hersenen in te laten werken.

Dit heet in jargon transcraniële (‘schedelpasserende’) stimulatie. Er zijn diverse technieken voor. Voor de openingsfoto is geposeerd met bestaande (wetenschappelijke) apparatuur. De techniek wordt nu al gebruikt voor mensen met bijvoorbeeld cognitieve beperkingen. 

Transcranial direct current stimulation (tDCS), een van de gangbare technieken, is draagbaar, pijnloos, goedkoop en voor zover bekend: veilig.

Er zijn bedrijven die de apparatuur verkopen voor persoonlijk gebruik thuis. Het toepassen van deze technologie roept veel ethische en wetenschappelijke vragen op.

Een van die vragen is wat het onderwijs te doen staat wanneer door inzet van deze nieuwe vorm van leertechnologie leerlingen in staat zijn tot betere onderwijsprestaties.

Bron: Cohen et al., (2012). Current Biology, 22(4), pp. R108-R111. Zie http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982212000140

*

Met dank aan:
De Talisman te Eindhoven, klas 1-2 Ro: meester Rogier de Bakker en leerling Oscar van Elswijk

*

Referenties

  • Aydin, K., Ucar, A., Oguz, K., Okur, O., Agayev, A., Unal, Z., Yilmaz, S. & Ozturk, C. (2007). Increased Gray Matter Density in the Parietal Cortex of Mathematicians: A Voxel-Based Morphometry Study. American Journal of Neuroradiology, 28, 1859-1864.
  • Cappelletti, M., Gessaroli, E., Hithersay, R., Mitolo, M., Didino, D., Kanai, R., Cohen Kadosh, R. & Walsh, V. (2013). Transfer of Cognitive Training across Magnitude Dimensions Achieved with Concurrent Brain Stimulation of the Parietal Lobe. The Journal of Neuroscience, 33(37), 14899-14907.
  • Dehaene, S., Molko, N., Cohen, L. & Wilson, A. (2004). Arithmetic and the brain. Current opinion in neurobiology, 14(2), 218-24.
  • Halberda, J., Mazzocco, M. & Feigenson, L. (2008). Individual differences in non-verbal number acuity correlate with maths achievement. Nature, 455, 665-668.
  • Kolb, B. & Whishaw, I. Q. (1998). Brain plasticity and behavior. Annual Review of Psychology, 49, 43-64.
  • Kuciana, K., Gronda, U., Rotzera, S., Henzia, B., Schönmanna, C., Planggera, F., Gällic, M., Martina, E. & Astera, M. von (2011) Mental number line training in children with developmental dyscalculia. Neuroimage, 57(3), 782-795.
  • Park, J. & Brannon, M. (2013). Training the Approximate Number System Improves Math Proficiency. Psychological Science, 24(10), 2013-2019.
  • Price, G.R., Holloway, I., Räsänen, P., Vesterinen, M. & Ansari, D. (2007). Impaired parietal magnitude processing in developmental dyscalculia. Current Biology, 17(24), R1042-R1043.
  • Sekuler, R. & Mierkiewicz, D. (1977). Children’s Judgments of Numerical Inequality. Child Development, 48(2), 630-633.

Wat we weten over rekenvaardigheden en het brein

  • Iedereen wordt geboren met een systeem dat heel grof aantallen kan bepalen (ANS, Approximate Number System).
  • Bij kinderen met een zwak ontwikkeld ANStreden later eerder rekenproblemen op.
  • Bij deze kinderen is de neurale basis van hetANS (IPS) kleiner en minder actief is dan bij leeftijdgenoten met normale rekenvaardigheden.
  • Oefenen helpt: bij specifieke training in het vergelijken van aantallen treedt een normalisatie op van de hersenactiviteit, met positieve gevolgen voor de rekenvaardigheden.
  • Elektronische stimulatie, gericht op het verhogen van de plasticiteit van de IPS, versterkt en verlengt dit effect. Dit is onderzocht bij volwassenen; vervolgonderzoek moet uitwijzen of deze stimulatie ook effectief is bij kinderen.

Bron: Kennisnet

Details van het onderzoek

  
NWO-projectnummer:  
Titel onderzoeksproject:  
Looptijd:30-11--0001 tot 30-11--0001

[Bron: Nationaal Regieorgaan Onderwijsonderzoek (NRO)]

Linden, M. van der (2015) Kunnen rekenen op je brein.
Geraadpleegd op 23-04-2017,
van http://wij-leren.nl/brein-dyscalculie-hersenen-rekenen.php

Gerelateerd

Rekenwonders
Rekenwonders
Rekenmethode met de Singapore aanpak
Bazalt 
Rekenen in het voortgezet onderwijs
Rekenen in het voortgezet onderwijs
Over het schoolbreed verankeren van sterk rekenonderwijs
Medilex Onderwijs 
Dyscalculie kenmerken
Dyscalculie: kenmerken - tips aanpak rekenproblemen
Arja Kerpel
Voorkomen van rekenproblemen
Voorkomen van rekenproblemen - protocol dyscalculie
Korstiaan Karels
Diagnosticerend onderwijzen bij rekenen
Diagnosticerend onderwijzen bij rekenen
Korstiaan Karels
Ontwikkeling hersenen
Ontwikkeling hersenen
Sieneke Goorhuis
Cognitieve balans
Cognitieve balans: wat is het en hoe kan het onderwijs erop inspelen?
redactie
Rekenachterstand wegwerken
Zo leer je alle kinderen rekenen
Anna Bosman
Digitale dementie
Digitale dementie - Manfred Spitzer
Machiel Karels

Clusteren rekenonderwijs
Als je het rekenonderwijs rond tijd, geld en meten clustert, behaal je dan betere resultaten?
Motivatie pro-leerlingen
Wat is de relatie tussen rekeninterventies en motivatie bij pro-leerlingen?
Tweelingen
Wat is beter voor tweelingen: in verschillende klassen of bij elkaar?
Vakspecialisatie
Wat zijn de ervaringen met vakspecialisatie en wat zijn de effecten?
Animaties rekenen po
Gebruik van animaties bij rekenen in het basisonderwijs
Computergames wiskunde
Gebruik van computergames bij wiskunde in het beroepsonderwijs
Motivationele differentiatie
Invloed van cognitieve en motivationele differentiatie bij hoogbegaafde en getalenteerde leerlingen
Verbeteren rekenvaardigheid mbo
Verbeteren van rekenvaardigheid mbo-leerlingen met een serious game
Bevorderen intelligentie
Bevorderen van de ontwikkeling van intelligentie in de bovenbouw van de basisschool
Computergames wiskunde reflectie
Gebruik van computergames bij wiskunde in beroepsonderwijs: reflectie
Leereffecten computerspel kleuters
Leereffecten computerspel voor rekenen bij kleuters
Wiskundige denktactiviteit
Wiskundige denkactiviteit in wiskunde op havo en vwo
Interactieve wiskundelessen
Professionalisering binnen leergemeenschappen voor talige ondersteuning in interactieve reken-wiskundelessen
Digitaal oefenen taal rekenen vo
Digitaal oefenen en ouderbetrokkenheid bij taal- en rekenprestaties in het voortgezet onderwijs
Schrijf in voor de nieuwsbrief
Schrijf in voor de nieuwsbrief
Schrijf in voor de nieuwsbrief
Schrijf in voor de nieuwsbrief
[extra-breed-algemeen-kolom2]

Dyscalculie



Inschrijven nieuwsbrief


Volg wij-leren.nl

Volg ons op LinkedIn Volg ons op twitter Volg ons op facebook

Mis geen bijdragen.